Neue Hirnmodelle, Sensoren und bildgebende Verfahren beschleunigen die Medikamentenentwicklung
Neue 3D-Hirngewebemodelle, Laserbildgebung und Organoid-Sensoren sollen die Medikamentenentwicklung für Alzheimer und andere neurologische Erkrankungen beschleunigen. Das LMU-Modell bildet Alzheimer-Aggregate nach, der Laser des MIT bildet die Blut-Hirn-Schranke mit Rekordgeschwindigkeit ab, und der Sensor der UNC zeichnet neuronale Aktivität auf, ohne Organoide zu beschädigen.
Drei unabhängige Forschungsteams haben neue Technologien vorgestellt, die darauf abzielen, die Erforschung von Hirnerkrankungen und die Entwicklung möglicher Behandlungen zu beschleunigen. Zu den Fortschritten gehören ein 3D-Modell menschlichen Hirngewebes, das die Alzheimer-Pathologie nachbildet, eine laserbasierte Bildgebungsmethode, die die Blut-Hirn-Schranke mit beispielloser Geschwindigkeit sichtbar macht, sowie ein flexibler Sensor, der die neuronale Aktivität winziger Gehirnorganoide erfasst.
In einer in Nature Neuroscience veröffentlichten Studie entwickelten Neurowissenschaftler des LMU-Klinikums ein reproduzierbares dreidimensionales Modell menschlichen Hirngewebes. Das System verwendet menschliche Stammzellen, die in Neuronen, Astrozyten und Mikrogliazellen umgewandelt werden und sich innerhalb einer Woche selbst zu Sphäroiden organisieren. Das Modell exprimiert aktiv Gene und Proteine, die für die Alzheimer-Krankheit relevant sind. Den Forschern gelang es, die Bildung von Amyloid-Aggregaten zu induzieren und diese mit neuen Medikamenten wieder aufzulösen. Das Team erklärt, das System könne dazu beitragen, die Medikamentenentwicklung zu beschleunigen, und arbeitet an einer robotergestützten Automatisierung, um Hunderte oder Tausende von Krankheitsmodell-Geweben für groß angelegte Medikamententests herzustellen.
Unabhängig davon berichten MIT-Forscher in Nature Methods, dass chaotisches Laserlicht unter bestimmten Bedingungen spontan einen stark fokussierten „Bleistiftstrahl“ bilden kann. Der Strahl ermöglichte eine 3D-Bildgebung der menschlichen Blut-Hirn-Schranke mit einer etwa 25-mal höheren Geschwindigkeit als aktuelle Goldstandard-Verfahren, bei vergleichbarer Bildqualität. Die Methode erlaubt außerdem die Echtzeit-Beobachtung, wie einzelne Zellen Medikamente aufnehmen. Sie erfordert lediglich einen perfekt ausgerichteten Lasereintritt und hohe Leistung, ohne komplexe optische Technik. Der Fortschritt könnte helfen zu beurteilen, ob Behandlungen für Erkrankungen wie Alzheimer oder ALS ihre Zielstrukturen im Gehirn tatsächlich erreichen.
Ein Team der University of North Carolina at Chapel Hill hat einen 3D-Sensor entwickelt, der sich um Gehirnorganoide legt. Im Gegensatz zu flachen 2D-Elektrodenarrays erfasst der Sensor neuronale Signale aus allen Richtungen, ohne das Organoid zu beschädigen oder chemischen Klebstoff zu benötigen. Dies ermöglicht eine wiederholte Verwendung und verkürzt die Vorbereitungszeit von sieben Tagen auf 10–20 Minuten. Die Forscher, die ein Patent angemeldet haben, sehen in dem Sensor ein kommerzielles Produkt für ein schnelleres Medikamenten-Screening und die personalisierte Medizin, mit möglichen Integrationen für Optogenetik und mikrofluidische Medikamentenanwendung.